View
126
Download
4
Category
Preview:
Citation preview
Tuumor-suppressor geenidOnkobioloogia
Taavi Päll lektor, Tallinna Tehnikaülikool
Tiitellehe pilt: wikipedia
2/44
Recap
Ras aktivatsioon RTK poolt on vahendatud üle fosfo-türosiini siduvate adaptervalkude
türosiinkinaas retseptor-P SH2-Shc-P SH2-Grb2-SH3 proline-rich-Sos Ras
türosiinkinaas retseptor-P SH2-Grb2-SH3 proline-rich-Sos Ras
· → → → →
· → → →
4/44
Aktiveeritud Ras seotub ja aktiveerib omaeffektorvalke:
Ras aktiveerib kolm põhilist signaalirada
Raf kinaas
Fosfatidüülinositool 3 kinaas, PI3K
RalGDS (Ral GEF)
·
·
·
5/44
Tuumor-suppressor geenid
Theodor Boveri (1862-1915), Saksa bioloog
Geenide osa vähis on kahesuunalineTöötas merisiiliku mudeliga
Kõik kromosoomid on vajalikudnormaalseks embrüogeneesiks
Osad kromosoomid stimuleerivad rakkudejagunemist ja osad kromosoomidinhibeerivad
·
·
·
7/44
Tuumor-suppressor geenidLisaks onkogeenidele on vähiga seotud ka teine klass geene tuumor-suppressor geenid
TSG-de olemasolule viitasid rakkude fuseerimiseksperimendid, kui uuriti onkogeenidetoimet
TSG-g toimivad onkogeenidele vastupidiselt, kontrollides ja pidurdades onkogeenidefunktsiooni
Normaalsetes rakkudes on onkogeenide ja tuumor-suppressorgeenide toime tasakaalus jarakkude jagunemine toimub kontrollitult
·
·
·
·
8/44
Rakkude fuseerimineRakkude fuseerumise võib indutseerida kasutades viiruseid või keemiliselt PEG-iga
Saadakse hübriidsed rakud e. sünsüütsiumid
Rakkude fuseerimist kasutati transformeerunud fenotüübi uurimiseks: vähirakke fuseeritinormaalsete rakkudega
Üllatuslikult, normaalsete ja vähirakkude fuseerumisel saadud hübriidsed rakud kaotasidtumorigeensuse!
·
·
·
·
9/44
Tumorigeenne fenotüüp on retsessiivneGeeni mutantne alleel on metsik-tüüpi alleeli olemasolul retsessiivne,
Metsik tüüpi alleel hoiab rakus ära tumorigeense fenotüübi avaldumise, siis ka nimetustuumor-suppressor geen
Tuumorsupressorgeeni funktsiooni kadu toimub rakus ainult selle geeni mõlema alleelimuteerumise läbi
·
·
·
10/44
Raku fuusion eksperimentide paradoksVähisündroomid (retinoblastoom, Li-Fraumeni, neurofibromatoos) on dominantsepärilikusega: pärilikku vähi mutatsiooni kandvad indiviidid saavad peaaegu kindlasti vähi
Tuumor-suppressor geenid aga toimivad raku tasemel retsessiivselt: ühe alleeli mutatsioonei ole piisav raku transformeerumiseks
·
·
11/44
Vähi seos elueagaKui vähki põhjustab järestikustemutatsioonide akumuleerumine rakuDNA-s siis peab vähiteke olemaepidemioloogiliselt seotud vanusega
Ühe mutatsiooni korral oleks kõigisvanustes inimestel vähi intsidents samapeale mingit vanust
Kahe mutatsiooni korral on vähklineaarselt vanusega seotud:
Kolme mutatsiooni korral: jne.
·
·
·
intsidents ∼ vanus
·intsidents ∼ vanus2
"..several successive mutations in thesame cell, probabably about seven in thecase of human cancer, would benecessary.."
·
C.O. Nordling. A New Theory on the Cancer-inducing Mechanism. Br J Cancer. Mar 1953; 7(1): 68–72.
12/44
Knudsoni hüpoteesKnudsoni hüpotees (multiple-hit hypothesis) oletas, et vähk tekib mitme (vähemalt kahe)mutatsiooni akumuleerumisel raku DNA-s.
·
Alfred G. Knudson formuleeris omahüpoteesi 1971.a. Carl O. Nordlingu järgi.
Knudsoni töö aitas kaudselt kaasa'vähigeenide' identifitseerimisele.
Knudson pälvis oma tööde eest 1998Albert Laskeri meditsiinipreemia (AlbertLasker Medical Research Award).
·
·
·
Foto:wikpedia.
13/44
Päriliku Rb patsientidel on vähirisk suurem.
RetinoblastoomRetinoblastoom on lapseea vähisündroom mis tekib reetina fotoretseptorite ja ganglioniteeellasrakkudes.
Intsidents üks juht 15000 kuni 20000 sünni kohta.
Arenenud maades keskmine iga diagnoosil 27 kuud unilateraalse vormi korral ja 15 kuudbilateraalse vormi korral.
·
·
·
doi: 10.1200/JCO.2005.05.054
50 aastat peale retinoblastoomi diagnoosija ravi avastatakse 36% päriliku Rbpatsientidest mõni teine kasvaja, samassporaadilise Rb patsientidest ainult 5.7%.
·
14/44
Knudson: Statistical Study of Retinoblastoma
Distribution of retinoblastoma cases by type and lateralityRB TYPE BILATERAL UNILATERAL TOTAL
Hereditary 25%–30% 10%–15% 35%–45%
Nonhereditary 0 55%–65% 55%–65%
Total 25%–30% 70%–75% 100%
Tõenäosus, et pärilikku mutatsiooni kandev reetinarakk moodustab kasvaja:
Arvestades, et enamus retinoblastoome tekib esimese 2 eluaasta jooksul, siis ühemutatsiooni tõenäosus ca
·
- = 0.75 × 62× ganglionirakku×2silma10−6
3kasvajat/patsient 10−
·2 × 10−7
15/44
Retinoblastoomide tekke kineetikaBilateraalsed retinoblastoomid tekivadühe mutatsiooni (esimese järgu) kineetikajärgi
Unilateraalsed tekivad kahe mutatsiooni(teise järgu) kineetika järgi
·
·
Alfred G. Knudson, Jr. Mutation and Cancer: Statistical Study of Retinoblastoma. Proc Natl Acad Sci U S A. Apr 1971; 68(4): 820–823.
16/44
Geeni mõlema alleeli muteerumine on vägaebatõenäoline
Retinoblastoomi puhul ühe mutatsioonitõenäosus geenis
Mõlema alleeli muteerumise tõenäosus onseega
Kuidas siis retinoblastoomid tekkidasaavad? Välk ju ei löö ometi kunagi teistkorda samasse kohta...
·2 × 10−7
·10−14
·
Pilt: wikimedia.
17/44
RB teise alleeli mitootiline rekombinatsioonMitootilise rekombinatsiooni tõenäosus on paar suurusjärku kõrgem kui mutatsioonil·
18/44
TSG mutatsioonidMehhanismid mis viivad tuumorsupressorgeeni ühe alleeli 'välja lülitamiseni' on
Ühe geenikoopia kadumisele võib järgneda teise alleeli kadu, mis toimub
Heterosügootsuse kadumine (LOH) jätab TSG lookusesse kaks mittefunktsionaalset alleeli
LOH on märksa sagedasem kui mutatsioonid või metülatsioon
·
mutatsioonid ja
promootori metülatsioon
-
-
·
teise mehhanismiga kui de novo mutatsioonid või metülatsioon ja viibheterosügootsuse kadumiseni selles lookuses
-
·
·
19/44
LOH-il on erinevaid mehhanisme:
LOH - heterosügootsuse kadu (loss ofheterozygosity)LOH on kromosomaalne muutus milles läheb vahetusse või kaduma geeni lookus ja sedaümbritsev piirkond.
Mitootiline rekombinatsioon
Lookuse deletsioon
Defektne kromosoomide segregatsioon(nondisjunction - õdekromatiidid ei lahkne)
Geenikonversioon
·
·
·
·
20/44
Mitootiline rekombinatsioon
Pilt:wikipedia
Toimub rakutükli G2/M faasis
Rekombineeruvad mitte-õdekromosoomid
Tekivad homosügootsed rakudheterosügootses organismis
·
·
·
21/44
LOH ja RbLisaks lapseea retinoblastoomile on Rb funktsioon on sagedasti kadunud ka hiljem erinevatpäritolu kasvajates
13q LOH on tavaline kromosomaalne muutus põie, kopsu, rinnanäärme, pea- ja kaela ningteiste organite vähkides
·
·
Pilt:atlasgeneticsoncology.org
22/44
Sage ja korduv kromosoomi lookuse LOH-event viitab võimalikule TSG-leGENOOMI
PIIRK.
GEENE
PIIRK.
MÄRKLAUD SAGEDASTI MUTEERUNUD GEEN =
P.VALUE
FUNKTSIOON
9p21.3 4 CDKN2A CDKN2A = 4.4e15 CDK inhibiitor
19p13.3 7 STK11 STK11 = 2.5e13 Ser/tre kinaas
6q26 1 PARK2 E3 ubiquitin ligaas
1p36.11 2 ARID1A ARID1A = 1.5e14 kromatiini SWI/SNF
kompl.
10q23.31 2 PTEN PTEN = 2.2e15 fosfataas
13q14.2 2 RB1 RB1 = 1.7e13 E2F TF inhibiitor
4q35.2 1 FAT1 FAT1 = 2.4e15 atüüpiline kadheriin
17q11.2 5 NF1 NF1 = 3.3e13 Ras GAP
5q15 156 APC APC=2.6e13, RASA1=0.0029 kateniini sidumine
7q36.1 1 MLL3 MLL3 = 1.1e05 histooni
metüültransferaas
17q21.31 2 BRCA1 BRCA1 = 3.5e08 G2/M DNA kontroll
12p13.1 5 CDKN1B CDKN1B = 2.2e06 CDK inhibiitor
18q21.2 3 SMAD4 SMAD4 = 6.6e15 transkriptsioonifaktor
β
23/44
Vähki genoomi mutatsioonide 'hotspotid'Determining how somatic copy number alterations (SCNAs) promote cancer is an importantgoal. We characterized SCNA patterns in 4,934 cancers from The Cancer Genome Atlas Pan-Cancer data set
Vähkides sagedasti deleteerunud genoomipiirkonnad
Pan-cancer patterns of somatic copy number alteration. Travis I Zack, Steven E Schumacher,Scott L Carter, Andrew D Cherniack, Gordon Saksena, Barbara Tabak, Michael S Lawrence,Cheng-Zhong Zhang, Jeremiah Wala, Craig H Mermel, Carrie Sougnez, Stacey B Gabriel,Bryan Hernandez, Hui Shen, Peter W Laird, Gad Getz, Matthew Meyerson & RameenBeroukhim. Nature Genetics 45, 1134–1140 (2013) doi:10.1038/ng.2760
·
·
·
24/44
Paljud TSG-d seotud pärilike vähisündroomidegaGENOOMI
PIIRKOND
GEEN PÄRILIK SÜNDROOM SPORAADILINE VÄHK FUNKTSIOON
3p25 VHL von HippelLindau sündroom neeru kartsinoom HIFi ubiquitin
ligaas
5q15 APC perekondlik adenomatous
polyposis coli
käärsool, kõhunääre, magu, eesnääre kateniini deg.
9p21 p16INK4a perekondlik melanoom erinevad CDK inhibiitor
10q23.31 PTEN Cowdeni tõbi, rinna ja GI
tuumorid
glioblastoom, eesnääre, rinna ja
kilpnäärme vähk
fosfataas
11p13 WT1 Wilms tuumor Wilms tuumor TF
13q14.2 RB1 retinoblastoom, osteosarkoom põie, kopsu, rinnanäärme, pea ja kaela
vähk
E2F inhibiitor
17p13.1 P53 LiFraumeni sündroom peaegu kõigis vähkides TF
17q11.2 NF1 neurofibromatoos 1 käärsool, astotsütoom Ras GAP
18q21.2 SMAD4 juveniilne polüpoos käärsool, kõhunääre TGF TF
β
β
25/44
TSG: gatekeepers ja caretakersTSG-g võib funktsiooni alusel jagada '(värava)valvuriteks' ja 'hooldajateks'.
'Valvurid' on seotud rakutsükli kontrolliga nt. p16INK4a (CDKN2A), RB, p27Kip1 (CDKN1B),PTEN
'Hooldajad' on seotud kromatiini kontrolli ja genoomi terviklikkuse tagamisega nt. ARID1A,MLL3, BRCA1
·
·
Vasakul, pilt: gatekeeperaegis.wikia.com. Paremal, pilt:www.dailyedge.ie
26/44
DNA metülatsioonDNA metülatsioon on üks geeni vaigistamise mehhanism
Vähis metüleeritakse normaalselt mitte-metüleeritud CpG rikkad aladtuumorsupressorgeeni promootor alas
Sellist de novo metülatsiooni viivad läbi DNA metülaasid
DNA hüpermetülatsiooniga CpG-rikates alades kaasneb nukleosoomide asetseminetranskriptsiooni alguspunktis, mis on seotud vaigistatud geenidega
Sagedased metüleeritud TSG on Von Hippel–Lindau (VHL) neerukasvajates ja CDKN2A.
·
·
·
·
27/44
Metülatsioon on geenispetsiifiline
DNA hüpermetülatsioon vähisGeenide hüpermetülatsioon vähis ei ole totaalne üle tervekromosoomi/regiooni, vaid toimub geenispetsiifiliselt.
## Analysis of Variance Table ## ## Response: Protsent ## Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F) ## Geen 11 7302.2 663.84 2.4204 0.01096 * ## Kasvaja 14 5109.7 364.98 1.3307 0.20550 ## Residuals 90 24684.0 274.27 ## --- ## Signif. codes: 0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
Manel Esteller, Paul G. Corn, Stephen B. Baylin, and James G. Herman. A Gene Hypermethylation Profile of Human Cancer. Cancer Res April 15, 2001 61; 3225
28/44
NF1 on dominantselt päranduv geneetiline haigusNF1, esmaskirjeldus Fredrich von Recklinghauseni poolt 1882, on perekondlikvähisündroom esinemissagedusega 1 inimesel 3500
Kuna NF1 patsientidel esinevad pärilikud deletsioonid ja teised loss-of-functionmutatsioonid, siis klassifitseerub NF1 tuumorsupressorgeeniks
Pooltel NF1 patsientidest on perekondlik haigus ja pooled on pärinud de novo mutatsiooni
Seega on NF1 lookus inimese genoomis mutatsiooniline hotspot-i
Kooskõlas klassikalise tuumorsupressorgeeni stsenaariumiga, on NF1 patsientidel jälgitavmetsik-tüüpi alleeli kadumine LOH-i või second-hit somaatilise mutatsiooni teel
·
·
·
·
·
29/44
NF1 sümptomidSÜMPTOM RAKUD ARENGULINE PÄRITOLU
neurofibroom/MPNSTs Schwann rakud neuraalhari
perineuraalrakud mesoderm
fibroblastid mesoderm
PNS neuronid neuraalhari
'Cafeaulait' laigud melanotsüüdid neuraalhari
keratinotsüüdid ektoderm
Lisch noodulid (iiris) melanotsüüdid neuraalhari
kognitiivsed defektid CNS neuronid neuraaltoru
toruluude düsplaasia ? mesoderm
näokolju düsplaasia ? neuraalhari
feokromotsütoom neerupealiste säsi neuraalhari
müeloidleukeemia müeloidrakud mesoderm
glioblastoom astrotsüüdid neuraaltoru
Tabel:doi:10.1016/S0092-8674(01)00245-8
30/44
NF1 vastutab neurobromatoos I tekke eestNF1 patsientidel on eelsoodumus erinevate vähivormide tekkele, peamiselt perifeerses- jakesknärvisüsteemis
Patsientidel esineb ka kognitiivseid defekte ja teisi vähiga mitte seotud sümptomeid, mispuudutavad sagedasti neuraalharjast pärit kudesid väljaspool PNS-i
Iseloomulik kliiniline tunnus on perifeerse närvi vähk neurofibroom.
5-10% NF1 patsientidel areneb välja invasiivne pleksiformne neurofibroom (MPNST).
Lisaks on NF1 patsientidel kõrgenenud risk saada astrotsütoome, feokromotsütoome(pheochromocytoma) ja müeloid leukeemiaid
·
·
·
·
·
32/44
NF1 on RasGAP
33/44
Normaalne perifeerne närv ja neurobroomi arengPerifeerne närv koosneb neuronitest,Schwanni rakkudest,perineuraalrakkudest, fibroblastidest jasisaldab ka nuumrakke
Neurofibroomides on kõiki närvirakutüüpe rohkem. Lisaks on Schwannirakud dissotseerunud neuronitest japerineurium on lagunenud
Neurofibroomi areng saab alguse teisesetmutatsioonist või LOH-ist Schwannirakkudes. Schwanni rakkudetransformeerumine põhjustab muutusedka teistes rakutüüpides, tingituna siissõltvusest Schwanni rakkudest võihaplopuudulikkusest
·
·
·
34/44
APC, perekondlik adenomatous polyposis coliPerekondlikku/pärilikku adenomatous polyposis coli (FAP) vormi iseloomustab rohkepolüüpide teke sooles
APC geen on muteerunud umbes 60% sporaadilistes kartsinoomides ja adenoomides
APC on multidomäänne valk mis seostub mitmete teiste valkudega, nagu β-kateniin, aksiin(axin), mikrotuubulid ja tsütoskeleti regulaatoreid EB1 (end binding 1) ja IQGAP1, Asef1 (RacGEF)
Enamus (~60%) APC vähimutatsioone asuvad geenis piirkonnas mida nimetatakse 'mutationcluster region (MCR)' ning põhjustavad valgus C-terminaalse deletsiooni
C-terminaalse deletsiooni tagajärjel kaotab APC võime siduda β-kateniini ja MT
β-kateniini või mikrotuubulite sidumine on essentsiaalne tuumorsupressor aktiivsuseseisukohalt
Selle APC funktsiooni kadumine põhjustab β-kateniini akumuleerumise tuumas, kus tatoimib TF-ina kompleksis koos TCF (T-cell factor) ja LEF (lymphoid enhancer factor)transkriptsioonifaktoritega
·
·
·
·
·
·
·
35/44
APC funktsiooneRAKULINE
PROTSESS
WILD
TYPE
APC
TOIME
APC GEENI
DELETEERUMISE VÕI
VALGU
TRUNKEERUMISE
TOIME
APC
DOMÄÄNID
APC FUNKTSIOONID SEOSTUVAD
VALGUD
kanooniline Wnt
signaalirada,
transkriptsioon
inhibitsioon aktivatsioon (kadu) Armadillo
kordused; 15
või 20aa
kordused
stimuleerib βkateniini
fosforüleerimise ja
degradatsiooni
βkatenin,
GSK3β, aksiin
adhesioon stimuleerib nõrgendab (kadu) Armadillo
kordused; 15
või 20aa
kordused
βkateniini rakuline
jaotumine
plasmamembraani, tuuma ja
tsütoplasma vahel
βkateniin
migratsioon stimuleerib tugevam stimulatsioon
(trunkeeritud)
Armadillo
kordused
Asef1 ja Asef2 aktivatsioon
Cdc42 aktivatsioon
Asef1 ja Asef2
kromosoomide
lahknemine
korrektne
lahknemine
segregatsioonidefektid (kadu) aluseline
domään
kinetohoori funktsiooni
regulatsioon
mikrotorukesed
→
Tabel:doi: 10.1242/jcs.03485
36/44
APC domäänide funktsioonid ja soolevähideletsioonid
Kanoonilise Wnt signaaliraja liigneaktivatsioon mängib põhilist rolli APCmutatsioonide poolt põhustatud soolevähitekkes
Lisaks on APC-l ouline roll rakkudemigratsioonis, adhesioonis ja mitoosis
·
·
37/44
Pilt:en.wikipedia.org/wiki/Beta-catenin
38/44
von Hippel-Lindau tuumorsupressorgeen janeeruvähk
von Hippel-Lindau tuumorsupressorgeen (VHL), kromosoomis 3p25, on muteerunud võivaigistatud >50% sporaadilistes selgerakulistes neeruvähkides (clear cell renal cellcarcinomas, CCRCC)
Pärilikud VHL mutatsioonid põhjustavad sündroomi mida iseloomustab kõrgenenud risksaada veresoonevähk (hemangioblastoom) või RCC
VHL inaktivatsioon põhjustab premaliigsete neerutsüstide tekke. Tsüstide arenemisekartsinoomideks põhustab ilmselt lisamutatsioonide akumuleerumine
VHL geenilt kodeeritav valk pVHL on funktsioonilt E3 ubiquitiin ligaasi substraati ära tundevsubühik,
pVHL saadab piisava hapniku olemasolul keskkonnas (normoksia) proteasoomselelagundamisele HIF transkriptsioonifaktori (hypoxia-inducible factor)
·
·
·
·
·
39/44
pVHL määrab HIF valgu lagundamisepVHL osaleb stabiilses ubikvitiin ligaasikompleksis koos valkudega elongin B,elongin C, Cul2, and Rbx1
pVHL märklaudadeks on HIF- perekonnavalgud HIF-1 , HIF-2 ja HIF-3
HIF- valgud on muidu väga ebastabiilsed,välja arvatud madala hapniku tingimustes
Normaalse hapniku tingimustes HIFvalgud hüdroksüleeritaksekonserveerunud proliinijääkidel. Sedareaktsiooni viivad läbi prolüülhüdroksülaasid (EGLN perek. valgud)
Proliin-hüdroksüleeritud HIF seostubpVHL-ile ja ubikvitineeritakse
·
· αα α α
· α
·
·
Pilt:openi.nlm.nih.gov
40/44
HIF on transkriptsioonifaktorRakkudes kus puudub funktsionaalnepVHL, või madala hapniku tingimustes,toimub HIF akumuleerumine
HIF käivitub terve rea hüpoksiaadaptatsiooniga seotud geenidetranskriptsiooni.
HIF märklaudgeenid on seotud glükoosimetabolismi ja transpordiga (Glut1,glükolüütilised ensüümid), rakuvälise pHregulatsiooniga (carbonic anhydrase IX),angiogeneesiga (VEGF), erütropoeesiga(EPO) ja mitogeenid (TGF- , PDGF-B)
Katseliselt on näidatud, et HIF-2 allaregulatsioon on vajalik ja piisav, et pVHLsupresseeriks neeruvähki
·
·
·
α
· α
Pilt:openi.nlm.nih.gov
41/44
ViiteidNF1 Tumor Suppressor Gene Function: Narrowing the GAP. Karen Cichowski, Tyler Jacks. CellVol 104, Issue 4, 23 Feb 2001, 593–604. DOI: 10.1016/S0092-8674(01)00245-8
Adenomatous polyposis coli (APC): a multi-functional tumor suppressor gene. Koji Aoki andMakoto M. Taketo. J Cell Sci October 1, 2007, 120, 3327-3335. doi: 10.1242/ jcs.03485
The Von Hippel-Lindau Tumor Suppressor Gene and Kidney Cancer. William G. Kaelin, Jr. ClinCancer Res September 15, 2004 10; 6290S. doi:10.1158/1078-0432.CCR-sup-040025
·
·
·
42/44
Lingid teistele loengutele
Sissejuhatav loeng
Vähitüübid
Onkoviirused
Onkogeenid
Retseptorid
Signaalirajad
Tuumorsupressorgeenid
Rakutsüklikontroll
·
·
·
·
·
·
·
·
p53 ja apoptoos
Immortalisatsioon
Tumorigenees
Genoomiterviklikkus
Mikrokeskkond
Metastaasid
Immuunsus
Vähiravimid
·
·
·
·
·
·
·
·
44/44
Recommended